(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧される真空空間（３３）に真空計（３１）を設けた真空測定装置において、前記真空空間（３３）に上向きに分岐ダクト状のフィルター部（３２）を接続し、このフィルター部（３２）を加熱すると共に、その上端に真空計（３１）を取り付け、フィルター部（３２）に蒸気や液滴をトラップするオリフィス（３４）を設け、このオリフィス（３４）の下部にそれらオリフィス（３４）及びフィルター部（３２）の壁面に付着した液滴を下方へ流す切欠き状のドレン（３６）を設けたことを特徴とする真空測定装置。
【請求項２】
フィルター部（３２）の上向き勾配θ１を７゜以上としたことを特徴とする請求項１に記載の真空測定装置。
【請求項３】
オリフィス（３４）をフィルター部（３２）の途中に複数段設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空測定装置。
【請求項４】
オリフィス（３４）は希薄気体分子を通す分子通過孔（３５）が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の真空測定装置。
【請求項５】
それらオリフィス（３４）の分子通過孔（３５）は互いに各オリフィス（３４）の面方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の真空測定装置。
【請求項６】
フィルター部（３２）と真空計（３１）との間にバルブ（３９）と金属メッシュフィルター（３８）を取り付けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の真空測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の蒸気や飛沫が飛散するような空間に真空計を取り付けて当該空間の真空度を計測する装置に関し、特に飛散する蒸気や飛沫が真空計の内部に浸入して真空計による真空測定の障害となること及び蒸気や飛沫によりもたらされる真空計の故障の発生を防止した真空測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば溶融アルミニウム等の溶融金属を収納した減圧溶融金属槽内において、溶融金属にＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込み、溶融金属を攪拌、循環させることで、溶融金属内に含まれるガスや不純物を溶融金属内部から放出させ、キャリアガスとしての不活性ガスと共に溶融金属内部から除去する溶融金属の精製装置が使用されている。
【０００３】
図１は、このような溶融金属精製装置の一例を示す。例えばこの溶融金属精製装置では溶融金属槽１１と共に不純物除去槽１が並立して設けられている。
溶融金属槽１１の内部にはアルミニウム等の金属１６が収納され、この金属１６が溶融金属槽１１の外側に設けられたヒータ１７により加熱されて溶融状態とされる。この溶融金属槽１１の内部の溶融金属１６には溶融金属槽１１の内部に垂下した電極１５の下端が浸漬され、当該溶融金属１６の状態、具体的にはその温度や液位が検知される。この溶融金属槽１１の中には、窒素ガス供給源１３から窒素ガスが供給後、窒素減圧装置１９によって１／１００気圧以下に減圧される。溶融金属槽１１の天板側には溶融金属供給筒１２が設けられ、この溶融金属供給筒１２は蓋１８により開閉される。この溶融金属供給筒１２と溶融金属槽１１の内部との間は遮蔽板１４により遮熱されている。
【０００４】
溶融金属槽１１の内部にアルミニウム等の溶融金属１６が収納された後に、溶融金属供給管９は、溶融金属によって閉止されるので、溶融金属槽１１と不純物除去槽１内が同時に減圧可能状態になる。
一方、不純物除去槽１の外壁にはヒータ２０が取り付けられ、その内壁の底部に溶融金属８を収納し、その内部がフィルター３を設けた排気筒２を通して真空ポンプ４により溶融金属槽１１と同時に排気される。また、この排気前にガス置換するように、アルゴンガス供給源５から不純物除去槽１内にアルゴンガスが送り込まれ、不純物除去槽１内は、溶融金属槽１１と同時減圧後は常に溶融金属槽１１と同じか低い圧力、例えばＰａオーダーの真空状態に設定される。不純物除去槽１の内部と排気筒２との間は遮蔽板６により遮熱されている。溶融金属槽１１の内部と不純物除去槽１内は、同時に減圧されているから溶融金属供給管９を通して不純物除去槽１に溶融金属１６が移動することはない。例えば溶融金属槽１１の内部の圧力が１ｋＰａで不純物除去槽１の内部の圧力が１Ｐａに設定すると、不純物除去槽１との圧力差の約１ｋＰａに見合った分だけ溶融金属が、溶融金属槽１１の内部の溶融金属供給管９内で押し上げられるだけである。溶融金属１６が溶融アルミニウムの場合、比重が２．５ｇ／ｃｍ３とすると、４ｃｍ押し上げられるだけである。
【０００５】
前記不純物除去槽１の上部から溶融金属槽１１の溶融金属１６の中に溶融アルミニウム供給管９が配管され、溶融金属槽１１に窒素ガスを導入すると、この溶融アルミニウム供給管９を通して不純物除去槽１へ溶融金属槽１１の中から溶融金属１６が圧送される。不純物除去槽１側の溶融アルミニウム供給管９の下端には、邪魔板７が取り付けられ、溶融金属１６がこの邪魔板７に当たって飛散し、不純物除去槽１に溜る。
【０００６】
溶融アルミニウム供給管９を通して不純物除去供給槽１へ溶融金属槽１１の中の溶融金属１６が圧送されると、溶融金属１６が邪魔板７により飛散し溶融アルミニウムの表面積が拡大される。これにより溶融金属１６に含まれるガスや蒸気圧の高い不純物が溶融金属１６の内部から放出される。溶融金属１６の内部から放出されたガスや蒸気圧の高いマグネシウムや鉛や亜鉛等の不純物の蒸気は、溶融金属槽１１の中に送り込まれるキャリアガスとしての窒素ガスとアルゴンガス等の不活性ガスと共に運転中の真空ポンプ４で不純物除去槽１の排気筒２のフィルター３で除去される。
【０００７】
このように減圧下でアルゴンガス中を飛散する溶融金属１６から水素ガスや蒸気圧の高い不純物を除去する装置では、アルゴンガスを流しながらＰａオーダーの真空圧力で行われている。溶融金属１６が溶融アルミニウムの場合は、窒素と僅かに反応して窒化物を作って、不純物の蒸発を妨げるので、アルゴンガス中で飛散させる必要がある。溶融アルミニウムを押し出すための溶融金属槽１１に供給するガスもアルゴンガスが最適だが、元来溶融金属槽１１内の処理されるべき溶融金属１６は図１に示す量より多く、押し出している間のガスはコスト低減の為に窒素ガスで説明した。鉄等の高温で溶融される金属用の減圧不純物除去装置は、ＲＨ装置と呼ばれ、どの製鉄所でも使われている。これらのＲＨ装置では、大容量の真空ポンプとして蒸気エゼクターポンプが使われ、硫黄や水素等の非金属元素を排気する手段となっている。
【０００８】
他方、アルミニウムスクラップ等の比較的低温で溶融する金属用の場合、鉄用に比べると溶湯温度が低いのでフラックスや塩素ガスによる精製でも十分可能である。そのため前述のような手段はあまり普及していない。ところが塩素ガスを使用した設備は環境対策が大変である。そこで近年ではスクラップアルミニウムについても、その中のマグネシウムや亜鉛や鉛等を前述した手段で除去したいとの要望が高まっている。
【０００９】
しかし、溶融アルミニウムの蒸気は腐食性が高いため、真空計の使用は困難である。一般の真空計をそのまま使用し、設置すると、早期に故障し、使用出来なくなる。そのため、不活性ガスと減圧による溶融アルミニウムの精製装置では、真空計の設置に特別な技術と工夫が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−００９２９０号公報
【特許文献２】特開２００７−５１０２７２号公報
【特許文献３】特開２００４−３４９１０２号公報
【特許文献４】特開平１０−２８１９１１号公報
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】溶融金属精製装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明による真空測定装置の一実施例を示す概念図である。
【図３】本発明による真空測定装置の他の実施例を示す概念図である。
【図４】本発明による真空測定装置の他の実施例を示す概念図である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、溶融金属の蒸気が浸入しにくく、その浸入による真空計の障害が起こりにくい真空測定装置を提供するものである。特に真空空間に真空計を取り付けるのに好適な構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、前記の目的を達成するため、真空空間３３に上向きに接続した分岐ダクト状のフィルター部３２の先端に真空計３１を取り付ける。そしてこのフィルター部３２を加熱することにより、蒸気の凝固を防止すると共に、その中にオリフィス３４を設けて真空計３１への蒸気や液滴の浸入を防止し、真空空間３３に復流させるようにした。
【００１４】
すなわち、本発明による真空測定装置は、減圧された真空空間３３に上向きに分岐ダクト状のフィルター部３２を接続し、このフィルター部３２を加熱すると共に、その上端に真空計３１を取り付け、フィルター部３２に蒸気や液滴をトラップするオリフィス３４を設けたものである。さらにこのオリフィス３４の下部には、それらオリフィス３４及びフィルター部３２の壁面に付着した液滴を下方へ流す切欠き状のドレン３６を設ける。蒸気や液滴を真空空間３３に復流させるためフィルター部３２の上向き勾配θ１は、液滴が自然に流れ落ちやすい最低の角度の７゜以上がよい。
【００１５】
オリフィス３４はフィルター部３２の途中に設けた仕切状のものであり、複数段設けるのが好ましい。オリフィス３４には希薄気体分子を通す分子通過孔３５が設けられている。フィルター部３２にオリフィス３４を複数段設けた場合は、それらオリフィス３４の分子通過孔３５は互いに各オリフィス３４の面方向にずれて配置するのがよい。
【００１６】
このような本発明による真空測定装置では、真空空間３３の中の希薄ガスがフィルター部３２を通して真空計３１に導入され、ガス分子が真空計３１で検知されて真空が測定される。このとき、フィルター部３２は、真空空間３３に上向きに接続されているため、真空空間３３から真空計３１には液滴が浸入しにくい。また、フィルター部３２に液滴が浸入しても、フィルター部３２は加熱されているため、その中で液滴が凝固せず、フィルター部３２の勾配に沿って真空空間３３側に復流し、排出される。
【００１７】
これに加え、フィルター部３２にオリフィス３４が設けられていることにより、このオリフィス３４によっても液滴が真空計３１側に浸入するのが阻止される。特に、フィルター部３２にオリフィス３４を複数段設け、それらオリフィス３４の分子通過孔３５を互いに面方向にずれて配置すると、前記液滴の阻止効果がさらに高くなる。オリフィス３４の下部に切欠き状のドレン３６を設けていることにより、それらオリフィス３４及びフィルター部３２の壁面に付着した液滴をフィルター部３２の勾配に沿って下方へ流し、真空空間３３側への復流を促すことが出来る。
【発明の効果】
【００１８】
このように本発明による真空測定装置では、真空計３１で真空空間３３の真空を測定するに当たり、フィルター部３２とそれに設けたオリフィス３４により真空計３１に蒸気や液滴が到達し難くなる。よって蒸気や液滴の浸入に起因する真空計３１の障害が起こりにくくなり、安定した真空測定が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明では、前記の目的を達成するため、真空空間３３に上向きに接続した分岐ダクト状のフィルター部３２を設け、その上端に真空計３１を取り付けた。前記フィルター部３２は加熱すると共に、その内部に蒸気や液滴をトリップするオリフィス３４を設けた。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００２０】
図２は、本発明による真空測定装置の一実施例を示している。例えば前述した溶融アルミニウムの精製装置等においては、減圧される真空空間３３を有している。図２はこの真空空間３３に真空計３１を取り付ける構造を示している。この図２の例では真空空間３３は垂直な配管状となっている例であり、矢印は気体の流れる方向を示している。
【００２１】
この真空空間３３に上向き勾配を与えてダクト管状のフィルター部３２が接続されていると共に、このフィルター部３２は熱源３７によりその中の液滴が凝固しない程度の温度に加熱される。真空計３１はこのフィルター部３２の上端に設けられている。フィルター部３２は上向き勾配である限り、途中で角度が変化していてもよい。また他の管状ダクトが分岐する構造であってもよい。何れにしてもフィルター部３２の真空空間３３に対する接続位置より高い位置に真空計３１を設ける。図２に示すフィルター部３２の勾配はθ１であるが、このθ１は、液滴が自然に流れ落ちやすい最低の角度の７゜以上とする。また熱源３７は、図示のようにフィルター部３２の近傍に配置する他、筒状のフィルター部３２を囲むようにワイヤ状のヒータを巻いた状態で取り付けてもよい。
【００２２】
フィルター部３２にはオリフィス３４が設けられている。前述のようにフィルター部３２はダクト管状であり、このオリフィス３４はフィルター部３２を途中で仕切る仕切板状である。図２の実施例では、フィルター部３２の内部通路は円筒形であり、オリフィス３４はこれを仕切る円板形である。このオリフィス３４には１個所以上にガス分子を通すための分子通過孔３５が設けられている。
【００２３】
オリフィス３４は、フィルター部３２に複数段、より具体的には３段以上設けることが好ましい。各オリフィス３４に設けた分子通過孔３５は、それらの面方向に互いにずれて設けられている。例えばあるオリフィス３４の分子通過孔３５が中心付近に設けた場合、それより上にあるオリフィス３４の分子通過孔３５は中心から偏った位置に設ける。図２において矢印は下段のオリフィス３４を分子が通過する状態を示している。
【００２４】
また、オリフィス３４の一部又は全部には、切欠状のドレン３６を設ける。このドレン３６は、オリフィス３４の下部、すなわちフィルター部３２の底面側に設ける。図２の実施例では、下から２段のオリフィス３４にドレン３６を設けている。下段のみではなく、全てのオリフィス３４にドレンを設けてもよい。
【００２５】
このような真空測定装置において真空計３１を使用する時、加熱されるフィルター部３２が水分や溶融金属の飛沫が真空計３１に浸入するのを防止し、溶融金属を溶融状態のまま真空空間３３に復流させるのに重要な働きをする。しかし、単にフィルター部３２を設置しただけでは、すぐに目詰りしてしまう。そこで大きな飛沫を取ってから、その飛沫もフィルター部３２で凝固しない程度に加熱しながら自然に液滴となして真空空間３３に復流させ、フィルター部３２から排出するのが良い。この状態でフィルター部３２を介して、系内の真空圧力を測定するのが有効である。
【００２６】
飛沫流から液滴が四方八方へ散乱したとき、液滴が真空計３１の検出部に付着し又は液滴が真空計３１の検出部を閉塞すると、真空計３１が正確な測定値を示さなくなる。従って、液滴が真空計３１に侵入することを防止するために、オリフィス３４を設ける。オリフィス３４は３段以上とする。複数段のオリフィス３４の分子通過孔３５は互いに面方向にずれているので、液滴は真空計３１まで届くのを阻止する。真空計３１に到達する前にオリフィス３４でトラップされた液滴はオリフィス３４の切欠状のドレン３６を通ってフィルター部３２の底部に導かれ、その後フィルター部３２を通って真空空間３３に復流し、排出される。液滴がスムーズに流れて真空空間３３に復流するためにはフィルター部３２の勾配θ１は、液滴が自然に流れ落ちやすい最低の角度の7°以上必要である。
【００２７】
図３は、本発明による真空測定装置の他の実施例を示しており、この例では真空空間３３は水平な配管状のものが例示されている。フィルター部３２はこの水平な真空空間３３に対して垂直に分岐配管され、熱源３７により加熱される。フィルター部３２の上端に真空計３１を設けたこと、フィルター部３２に分子通過孔３５を有するオリフィス３４を複数段設けたこと、各オリフィス３４の分子通過孔３５が面方向にずれていること、少なくとも下段側のオリフィス３４に切欠状のドレン３６を設けていること等は図２より前述した実施例と同様である。オリフィス３４はθ２の勾配をもってフィルター部３２の内部に設けられており、このθ２は、液滴が自然に流れ落ちやすい最低の角度の７゜以上とする。
【００２８】
この実施例においても、各オリフィス３４の分子通過孔３５は面方向にずれているので、液滴は真空計３１まで届かない。真空計３１に到達する前にトラップされた液滴は切欠状のドレン３６を通って真空空間３３に復流し、排出される。
【００２９】
図４は、これらフィルター部３２の後にバルブ３９と金属メッシュフィルター３８を取り付けた後に、真空計３１を取り付けた場合を示している。これに拠って非常に細かい不純物蒸気が、金属メッシュフィルター３８で取り除かれ、メンテナンス時にバルブ３９を閉めて、金属メッシュフィルター３８を交換するだけで、真空計３１を再稼働することが出来る。フィルター部３２は温度が高いので耐熱性と耐食性があればこの金属メッシュフィルター３８に替わってセラミックフィルターでも良い。フィルター部３２の内部の構成は図３により前述した実施例と同じであるので、説明を省略する。
これらの実施例による真空計３１は、真空ポンプ４と不純物除去槽１との間の真空空間３３に取り付けられる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、例えば溶融金属にＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込み、溶融金属を攪拌、循環させることで、溶融金属内に含まれるガスや不純物を溶融金属内部から放出させ、溶融金属内部から除去する溶融金属の精製装置における真空測定等に適用することが可能である。  
【符号の説明】
【００３１】
３１  真空計
３２  フィルター部
３３  真空空間
３４  オリフィス
３５  分子通過孔
３６  ドレン
３７  熱源
３８  金属メッシュフィルター
３９  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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